Pochmurná modulární naděje

Malé modulární reaktory se prezentují jako nová naděje jaderné energetiky. Jsou schopny výrazně přispět k řešení palčivých energetických problémů?

Česká vláda uzavřela koncem října minulého roku s firmou Rolls Royce smlouvu o společném vývoji, financování a výstavbě malých modulárních reaktorů (MMR). Česká strana, reprezentovaná skupinou ČEZ, by měla vedle spolupráci na vývoji zajistit především financování.

Malé modulární reaktory jsou chváleny průmyslem, politiky i medii. MMR se v současné době představují jako slibný vývoj v technologii jaderné energetiky a nabízejí řadu potenciálních výhod ve srovnání s tradičními většími reaktory. V této souvislosti se především hovoří o ceně, bezpečnosti a hromadné výrobě.

Některé navrhované konstrukce MMR jsou upravenými zmenšenými verzemi velkých vodou chlazených reaktorů, zatímco jiné návrhy používají odlišná chladiva jako kapalný sodík, plynné helium nebo roztavené soli. Většinou se uvádí, že SMR budou mít nižší výrobní cenu elektřiny než velké reaktory. Cena elektřiny se skládá ze dvou položek.

Snížení nákladů má být dosaženo zavedením tří principů: modularizace, která poskytuje vyšší stupeň tovární výroby a montáže; standardizace procesů navrhování a výstavby zařízení; a sériovou výrobu více kusů. Problémem může naopak být více různých dodavatelů.

Cenové relace a doba výstavby MMR

Jaké jsou předpoklady ceny MMR, především vzhledem k tolik vynášení hromadné výrobě reaktorů? Vzhledem ke konstrukci a předpokládané sériové výrobě by měly být investiční náklady nižší, ale hromadná výroba může podle studie z Univerzity v Cambridge přinést maximálně 30 % úspory. Zrušený projekt NuScale, jenž chtěl vybudovat 6 jednotek MMR 460 MW v Idaho, vykázal investiční náklady více než 20 000 USD/kW.

Na dalším zobrazení jsou uvedeny plánované ceny malých modulárních reaktorů různých výrobců v různých letech. Pro srovnání je uveden také nárůst ceny velké jaderné elektrárny Vogtle.

Obr. 1 Nárůst cen SMR různých výrobců

Uvedený obrázek, s výjimkou elektrárny Vogtle 3 a 4, se týká cen MMR, tak jak zaznamenaly rekordní nárůst nákladů. V některých případech se jednalo o vícenásobný nárůst ceny na instalovanou kilowattu výkonu v rozmezí pouhých několika let. Dlužno podotknout, že výstavba uvedených elektráren, ještě ani nezačala, jedná se tedy o předpokládané náklady.

Situace v případě MMR, které byly postaveny, či které jsou ve výstavbě potvrzuje shora řečené. V těchto případech došlo ke zvýšení ceny na trojnásobek, resp. čtyřnásobek. Argentinský model, se sedminásobkem původní ceny, stále ve výstavbě, je v tomto ohledu rekordmanem.

Obr. 2 Nárůst cen proběhlé a probíhající výstavy MMR

Další grafika přináší rozdíly v projektových a reálných dobách výstavby MMR.

Obr.3 Předpokládané doby vs skutečné či průběžné doby výstavby MMR

Podle předpokladů by se měla cena i doba výstavby snížit zavedením hromadné výroby. Pro realizaci takového záměru by ale bylo zapotřebí stovek objednávek MMR, což je v tuto chvíli sporné.

Bezpečnost, odpad, proliferace

Kromě ceny ale budou mít MMR, podle publikovaných předpokladů, ještě i další problémy. MMR nebudou mít snížené riziko úniku radioaktivity do okolí. Nižší riziko u MMR bude vyváženo tím, že vyrábí alikvotně méně elektřiny. Budeme-li předpokládat více MMR vedle sebe, může poškození jednoho vyvolat poškození dalších a pak by celkové riziko bylo větší.

Pro MMR bude zapotřebí více obohacené palivo, což zvýší náklady na něj o 15-70 %. Většina nelehkovodních konstrukcí reaktorů vyžaduje palivo s vysoce testovaným obsahem a nízkým obohacením uranu (High-assay low-enriched uranium - HALEU), jinými slovy palivo obohacené izotopem uranu-235 mezi 10-19,99 %, těsně pod úrovní toho, co se nazývá „vysoce obohacený uran“, vhodný pro jaderné bomby. Mimo Rusko dnes neexistují žádné obohacovací společnosti, které by vyráběly HALEU, ale Rusko požaduje investice do rozvoje výroby HALEU. Allison Macfarlane, bývalá předsedkyně americké Nuclear Regulatory Commission, soudí v citovaném článku, že za podporou MMR stojí pouze ideologie a uvádí, že díky získaly tomu miliardy rizikového kapitálu a bezprecedentní mediální pozornost.

Použití HALEU bude mít rovněž za následek zvýšení požadavků na bezpečnost a záruky, které zvýší cenu. Studie Stanfordské univerzity předpokládá díky vysokému neutronovému toku 2-30krát vyšší radioaktivitu.

Práce z holandských univerzit se zabývá etickým otázkami jaderné energie z hlediska ohrožení klimatickou katastrofou a vidí jako i jiní autoři níže uvedené studie veliký problém v riziku proliferace jaderných zbraní. Holandská studie ale nesdílí realistický pohled na skutečný potenciál jaderné energie jako nástroje boje proti klimatické katastrofě.

MMS, zejména v případě předpokládaného širokého rozšíření s sebou také přinesou zvýšené proliferační riziko šíření jaderných zbraní a to především díky zvýšené produkci plutonia na jednotku vyrobené elektrické energie. Toto nebezpečí je pro náš svět protkaný násilím ve všech možných formách rostoucího rizika zcela nepřijatelné. S přihlédnutím k současným možnostech obnovitelných zdrojů energie a akumulace, i ze hlediska předpokládaného dalšího vývoje těchto možností, je orientace na MMR bezpečnostním, ekonomickým a sociálním rizikem.

Levné papírové reaktory

Historie se často opakuje. Po 2 světové válce měl na starosti Americké jaderné programy v námořnictvu admirál Hyman G. Ricover, který proslul svými výroky o papírových reaktorech. Tyto nové jaderné reaktory budou jednoduché, malé, levné, lehké, dají se velmi rychle postavit, jsou velmi flexibilní, vyžadují jen velmi malý vývoj, budou používat převážně „standardní“ komponenty, jsou ve fázi studie, ale nyní se nestaví.

Zatímco praktický reaktor má následující charakteristiky: právě teď se buduje, jeho stavba je opožděná, vyžaduje nesmírné množství vývoje na zdánlivě triviálních věcech, problémem je zejména koroze, je velmi drahý, stavba trvá dlouho kvůli problémům s technickým vývojem, je velký, těžký a složitý.

Jiná řešení

Rychlý vývoj zdrojů obnovitelné elektřiny i akumulačních technik dává jaderným plánům jen malou šanci na úspěch. Mezi mnohými možnostmi z poslední doby lze uvést fotovoltaiku s kvantovými mikrotečkami, která může v budoucnu přeměnit jakýkoliv povrch na zdroj elektřiny či vodíku, který by vznikal na krystalech oxidu titaničitého po zachycení vodní páry v sirníku molybdeničitém. Kvantové mikrotečky s různou velikostí mohou být použity pro různé vlnové délky a jejich účinnost může být ve srovnání se současným Shockley–Queisser limitem pro jednu vrstvu až dvojnásobná.

Nová konstrukce vlnového generátoru pro moře umožňuje získat ze stejné plochy 5krát více energie ve srovnání s větrem a desetkrát více ve srovnání s fotovoltaikou. Náklady na výrobu jedné MWh se budou podle velikosti pohybovat v rozmezí 32–68 euro, tedy od 80 haléřů po 1,7 Kč za kWh. Prototyp zařízení s výškou 18,5 m již stojí v Portugalsku.

Perspektivní metoda akumulace vodíku do systému formiát/hydrogenkarbonát s hustotou energie 1,77 kWh/l má vysokou účinnost okolo 99,5 %. Letos má jít projekt do komerční verze.